Marsmissionen ExoMars och bränslepumparMarsmissionen ExoMars@Palle500Jag hade för övrigt inget som helst att göra med Marsmissionen ExoMars men jag var vid ESOC igår och då passade jag naturligtvis på att fråga lite.
ExoMars består av två delar (det var för övrigt detsamma med Rosetta), en del som flyger runt Mars (Trace Gas Orbiter = TGO) och den del som landade (Schiaparelli) - den senare något hårt!
TGO är tänkt att studera om det finns gaser som metan och andra spårgaser på Mars ytan som kan förklara om det finns några biologiska eller geologiska processer på Mars. TGO fungerar också som en relästation för Schiaparelli, dvs signaler från marslandaren sändes först till TGO som skickade den vidare till jorden.
Schiaparelli var huvudsakligen tänkt att undersöka hur man kan landa på Mars som förberedelse för MarsRover, en billiknande farkost, som är tänkt att landa på Mars 2020 och sedan köra omkring på ytan. Det verkar nu som om något gick fel vid landningen och att fallskärmen inte bromsade fallet mot Marsytan som planerat. Det uppskattas att Schiaparelli slog in i Marsytan med en hastighet av 300 km/h. Mer uppgifter kan hittas på
http://www.esa.int/Our_Activities/Space_News.
Den huvudsakliga missionen är TGO och den kommer naturligtvis att pågå som planerat de närmaste åren. Schiaparelli däremot, skickade data till kort före kraschlandningen men nu måste den nog avskrivas.
Bränslepumpar@NorpanBärraketer kan ha bränslepumpar för flytande
bränsle. Ariane 5 och många andra också har en blandning av raketmotorer med fast bränsle och flytande bränsle.
Ta Ariane 5 som ett exempel. Vid starten tänds alla motorer på det första steget, dvs de två raketerna med fast bränsle och de som använder flytande bränsle.
Det fasta bränslet tar slut efter
ungefär 130 sekunder. De har då tillsammans förbrukat ungefär 480 ton fast bränsle, dvs 3700 kg/sekund. De två motorerna tillsammans levererar cirka 15000 kN
dragkraft . Till dessa motorer behövs det inga bränslepumpar.
Huvudsteget med flytande bränsle brinner i 540 sekunder och förbrukar då 170 ton bränsle, 340 kg bränsle / sekund, det är tack och lov lite mer än min Volvo!! Bränslet är flytande syrgas (LOX) och flytande vätgas (LH2). I flytande form är gaserna nerkylda, det är därför man ser isbitar falla ner från startraketen vid starten.
Motorn i huvudsteget är en s.k. Vulcain 2 motor med 1400 kN dragkraft som byggs av Airbus i Lampoldshausen inte så långt härifrån (i skogen i närheten av Heilbronn). Ljudet är ganska imponerande när man går där i skogen och plockar svamp och de råkar testa en raketmotor till Ariane 5
Andra steget har 15000 kg bränsle som bränner ut på 1100 sekunder.
Alla motorerna använder turbopumpar för att få fram bränslet till motorerna.
Raketsystem utan bränslepumparSatelliter har ofta, men inte alltid, ett raketsystem med motorer i storleken 1N till kanske 400N.
De små raketerna används för satellitstyrning och de större till att förändra satellitens bana. För satelliter används aldrig bränslepumpar utan man trycker ut the flytande bränslet med hjälp av en gas, Helium är den vanligaste men även kvävgas förekommer.
En 1 N motor förbrukar 0.4g/sek medan en 400N motor förbrukar cirka 135g/sek men detta varierar med trycket.
För att upprätthålla trycket finns det huvudsakligen två metoder.
1. allt bränsle i en (flera) tankar tillsammans med tryckgasen
2. man har tryckgasen i en (eller flera) trycktankar och leder in gasen, efter en tryckreducering, i bränsletankarna
XMM använde sig av metod 1, jag infogar en bild nedan. Eftersom ingen gas tillförs medan bränslet förbrukas, sjunker detta naturligtvis ju längre missionen pågår. Ett så kallat blow-down system baserat på monopropellant thruster (en bränslesort som tänds med hjälp ave en katalysator i raketmotorn).
Vi startade XMM med 24 bar och kommer vid slutet av missionen att vara nere vid ungefär 5.5 bar. Det är viktigt att gasvolymen är tillräckligt stor i förhållande till vätskemängden så att trycket inte sjunker alltför mycket. Vad man behöver ar för övrigt lätt att uppskatta genom allmänna gasekvationen pV = nRT (fysikundervisningen i skolan).
CLUSTER använde sig av metod 2. Som ni ser av bilden nedan, är ett sådant system väldigt komplext. Fördelen är att trycket vid raketmotorerna är konstant (
pressure regulated system) för större delen av missionen men det behövs naturligtvis enormt fler komponenter, ventiler av olika slag etc. Här använde vi ett bi-propellant system där raketmotorn tänds när bränslet (
fuel) och oxydanten (oxidiser) förs ihop i raketmotorns brännkammare.
Trycket vid motorerna ligger kring 17 bar medan starttrycket i trycktankarna (längst upp i bilden) ligger kring 270 bar.
Av säkerhetsskäl kräver vi att alla tankar,
tryck och bränsletankar, måste klara av minst dubbla trycket. Dvs ungefär 550 bar för trycktankarna. Dessutom, när de går sönder, får de absolut inte bara explodera utan måste läcka först (s.k. leak before burst).
För övrigt, på BepiColombo har vi tre olika raketsystem. Det skulle spränga ramen att gå igenom alla här.